(57)【要約】【課題】可動限界位置まで可変動弁機構を変位させ、可動限界位置を基準位置として学習する基準位置学習処理を実行する場合にあっても、可変動弁機構及びアクチュエータにかかる負荷を低減し、耐久性の低下を抑制することができる可変動弁機構の制御装置を提供する。【解決手段】アクチュエータ７０は、内歯歯車のトルクを制御軸が軸方向に変位しようとする推力に変換する一方、制御軸に作用する軸方向の荷重によって内歯歯車にトルクが発生しないように構成された遊星歯車機構７５を有して構成される。このアクチュエータ７０によって駆動される可変動弁機構１００の制御装置９０は、可動限界位置まで可変動弁機構１００を変位させ、それを基準位置として学習する基準位置学習処理を行う。この基準位置学習処理に際して、制御装置９０は、可変動弁機構１００が可動限界位置に到達した後にアクチュエータ７０の駆動力を低下させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内歯歯車のトルクを制御軸が軸方向に変位しようとする推力に変換する一方、同制御軸に作用する軸方向の荷重によって前記内歯歯車にトルクが発生しないように構成された遊星歯車機構を備えたアクチュエータによって駆動される可変動弁機構の制御装置であり、可動範囲における可動限界位置まで前記可変動弁機構を変位させ、前記可動限界位置を基準位置として学習する基準位置学習処理を行う可変動弁機構の制御装置において、
前記基準位置学習処理の実行に際して前記可変動弁機構が前記可動限界位置に到達した後に前記アクチュエータの駆動力を低下させる
ことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の可変動弁機構の制御装置において、
前記基準位置学習処理の実行に際して前記可変動弁機構が前記可動限界位置に到達した時に前記アクチュエータの駆動力を低下させる
ことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の可変動弁機構の制御装置において、
前記基準位置学習処理の実行に際して前記アクチュエータの駆動力を０にする
ことを特徴とする可変動弁機構の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関のバルブ特性を変更可能とする可変動弁機構の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジン等の内燃機関において、出力や燃費、或いは排気性状等についてそれらの最適化を図るべく、吸気バルブ、排気バルブといった機関バルブのバルブ特性を機関運転状態に応じて変更可能とするものとして、例えば特許文献１に記載の可変動弁機構がある。
【０００３】
こうした可変動弁機構を駆動するアクチュエータとして、モータの回転運動を制御軸の直線運動に変換し、この制御軸の直線運動を通じて可変動弁機構を駆動する電動アクチュエータが一般的に用いられている。
【０００４】
回転運動を直線運動に変換する回転―直線運動変換機構であって、逆効率が０％すなわち制御軸にその軸方向の荷重が作用しても回転運動が生じない遊星歯車機構が特許文献２に記載されている。ここで逆効率とは、回転―直線運動変換機構において、回転運動を直線運動に変換する効率であるいわゆる正効率に対して、直線運動を回転運動に変換する効率のことである。
【０００５】
この遊星歯車機構は、外周に螺旋状のスプラインを設けた前記制御軸と、それとは逆回りのスプラインを、外周に設けた遊星歯車と内周に設けた内歯歯車とを有している。そして、制御軸のスプラインと同制御軸に外嵌した内歯歯車のスプラインとの双方に遊星歯車のスプラインを噛合させることによって制御軸と内歯歯車との間で遊星歯車が制御軸を中心に公転するように構成されている。
【０００６】
上記のような逆効率が０％となるように構成された遊星歯車機構は、制御軸にその軸方向の荷重が作用しても内歯歯車にはトルクが発生しないため、制御軸に作用する軸方向の荷重は内歯歯車の回転変位量に影響を与えない。また、遊星歯車による減速効果により、回転変位量に対する直線変位量を非常に小さく設定することができるため、上記可変動弁機構のように緻密な制御が必要とされる装置のアクチュエータに採用されている。
【０００７】
上記のような可変動弁機構を駆動する際には、アクチュエータの変位量をセンサにより検出し、可変動弁機構の制御装置は、その変位量に基づいて可変動弁機構の変位量を認識している。そして、その可変動弁機構の変位量を要求のバルブ特性に対応する目標変位量に一致させるべく、アクチュエータを制御している。
【０００８】
ところが、こうしたアクチュエータの制御に際して、機械的又は電気的な要因により制御装置が認識している可変動弁機構の変位量と実際の変位量との間にずれが生じ、アクチュエータの制御精度が低下することがある。そこで、特許文献３に記載の可変動弁機構では、可変動弁機構の可動範囲における可動限界位置までアクチュエータを駆動し、可変動弁機構が可動限界位置に到達することによってアクチュエータが停止した位置を基準位置として学習するいわゆる基準位置学習処理を行っている。この基準位置学習処理によって、制御装置が認識している可変動弁機構の変位量と実際の変位量とのずれを補正し、アクチュエータの制御精度が低下するのを抑制している。
【特許文献１】特開２００１−２６３０１５号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００４／０９４８７０号公報
【特許文献３】特開２００３−４１９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、基準位置学習処理実行中は、基準位置の学習が完了するまで可変動弁機構を可動限界位置に保持しなければならないため、アクチュエータを駆動し続け可変動弁機構を可動限界位置に押さえつけるようにしている。そのため、可変動弁機構及びアクチュエータには大きな負荷がかかり、その耐久性が低下するという問題が生じている。
【００１０】
この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は基準位置学習処理を実行する場合にあっても、可変動弁機構及びアクチュエータにかかる負荷を低減し、耐久性の低下を抑制することができる可変動弁機構の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以下、上記目的を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内歯歯車のトルクを制御軸が軸方向に変位しようとする推力に変換する一方、同制御軸に作用する軸方向の荷重によって前記内歯歯車にトルクが発生しないように構成された遊星歯車機構を備えたアクチュエータによって駆動される可変動弁機構の制御装置であり、可動範囲における可動限界位置まで前記可変動弁機構を変位させ、前記可動限界位置を基準位置として学習する基準位置学習処理を行う可変動弁機構の制御装置において、前記基準位置学習処理の実行に際して前記可変動弁機構が前記可動限界位置に到達した後に前記アクチュエータの駆動力を低下させることをその要旨とする。
【００１２】
上記構成によれば制御軸に作用する軸方向の荷重によって内歯歯車にトルクが発生しないため、制御軸に軸方向の荷重が作用した場合でも、可変動弁機構の位置が変化することはない。
【００１３】
このため、基準位置学習処理の実行に際して可変動弁機構が可動限界位置に到達した後にアクチュエータの駆動力を低下させたとしても可変動弁機構の位置を保持することができる。その結果、基準位置学習処理を実行する場合にあっても、可変動弁機構及びそのアクチュエータにかかる負荷を低減し、耐久性の低下を抑制することができる。
【００１４】
具体的には、請求項２に記載の発明によるように、前記基準位置学習処理の実行に際して前記可変動弁機構が前記可動限界位置に到達した時に前記アクチュエータの駆動力を低下させることにより、可変動弁機構及びそのアクチュエータにかかる負荷を更に低減することができる。
【００１５】
更に、請求項３に記載の発明によるように、前記基準位置学習処理の実行に際して前記アクチュエータの駆動力を０にすることにより、可変動弁機構及びそのアクチュエータにかかる負荷を一層低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明に係る可変動弁機構の制御装置を、自動車用エンジンにおける吸気バルブの最大リフト量及び開弁期間を変更する最大リフト量変更機構の制御装置に具体化した実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。
【００１７】
図１は、この実施形態における最大リフト量変更機構１００を搭載したエンジン１０並びに同エンジン１０及び最大リフト量変更機構１００を制御する電子制御装置９０について、それらの概略構成を示している。
【００１８】
このエンジン１０は、そのシリンダブロック１１に４つのシリンダ１１ａ（図１にはその１つのみを図示）が形成された直列４気筒エンジンである。シリンダブロック１１の上部には、シリンダヘッド１２が組み付けられるとともに、各シリンダ１１ａには、その内面に当接して上下動するようにピストン１３が設けられている。それらピストン１３はコネクティングロッド２９を介して、クランクシャフト２５に連結されている。そして、シリンダ１１ａの内部において、シリンダ１１ａの壁面、ピストン１３の上面及びシリンダヘッド１２の下面により区画された空間により燃焼室１４が形成されている。また、シリンダブロック１１の内部には、シリンダ１１ａを囲むようにして冷却水が循環するウォータジャケット１１ｂが形成されている。
【００１９】
シリンダヘッド１２には、各燃焼室１４に対応して点火プラグ２３が設けられている。また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１４と連通する吸気ポート１５及び排気ポート１６がそれぞれ形成され、これら各吸気ポート１５には吸気通路３０が、各排気ポート１６には排気通路４０が、それぞれ接続されている。そして、吸気ポート１５及び吸気通路３０により吸気系が、排気ポート１６及び排気通路４０により排気系が構成されている。
【００２０】
更に、吸気ポート１５及び排気ポート１６の燃焼室１４に連通する開口端には、吸気バルブ１７及び排気バルブ１８がそれぞれ設けられ、吸気ポート１５は吸気バルブ１７により、また排気ポート１６は排気バルブ１８により開閉される。ステム部分が摺動可能にシリンダヘッド１２に挿通された排気バルブ１８はそのステムエンド１８ａがロッカアーム２０に下方から当接している。そして、ロッカアーム２０の中央に設けられたローラ２０ａには、排気カムシャフト２２に形成された排気カム２２ａのカム面が上方から当接している。一方、ステム部分が摺動可能にシリンダヘッド１２に挿通された吸気バルブ１７は、そのステムエンド１７ａがロッカアーム１９に下方から当接している。ロッカアーム１９の中央に設けられたローラ１９ａには、最大リフト量変更機構１００の出力アーム１５０が上方から当接している。最大リフト量変更機構１００はその入力アーム１４０が吸気カムシャフト２１に形成された吸気カム２１ａに当接している。吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２はシリンダヘッド１２内に回転自在に支持されるとともにクランクシャフト２５と駆動連結されており、吸気バルブ１７及び排気バルブ１８は、吸気カム２１ａ及び排気カム２２ａによる作用を受けて、クランクシャフト２５の回転に同期して開閉される。
【００２１】
吸気通路３０の入り口側には、図示しないエアクリーナが設けられており、このエアクリーナを通じて空気が吸入される。吸気通路３０には、吸気通路３０を通過する空気の脈動を平滑化させるためのサージタンク３２が設けられている。更に、このサージタンク３２の下流側にて、各気筒の吸気ポート１５の近傍には、各燃焼室１４に向かって燃料を噴射するインジェクタ２４がそれぞれ設けられている。これらインジェクタ２４に、図示しない燃料タンクから燃料ポンプによって所定圧力の燃料が供給されるようになっている。一方、排気通路４０の出口側には、排気を浄化するための三元触媒を内蔵する図示しない触媒コンバータが設けられている。
【００２２】
そして、エンジン１０には、エアクリーナから取り込まれた外気がサージタンク３２を含む吸気通路３０を通じて導入される。また、その外気の導入と同時にインジェクタ２４から燃料が噴射されることにより、その外気と燃料の混合気が吸入行程における吸気バルブ１７の開弁に同期して燃焼室１４に取り込まれる。更に、燃焼室１４に取り込まれた混合気が点火プラグ２３によって点火されることにより、その混合気が燃焼してエンジン１０に駆動力が発生し、クランクシャフト２５が回転する。そして、燃焼後の既燃ガスは、排気行程における排気バルブ１８の開弁に同期して排気として排気通路４０へと導かれ、その排気通路４０から触媒コンバータ等を通じて外部へ排出される。
【００２３】
エンジン１０は、燃焼室１４に吸入される空気の量すなわち吸入空気量を調節する手段として、最大リフト量変更機構１００とスロットルバルブ３１とを備えている。最大リフト量変更機構１００は、前述のように吸気カム２１ａの回転運動による作用を吸気バルブ１７に伝達するために吸気カムシャフト２１とロッカアーム１９との間に配設されている。この最大リフト量変更機構１００には、遊星歯車機構７５を有して構成されたアクチュエータ７０が接続され、最大リフト量変更機構１００により吸気バルブ１７の最大リフト量及び開弁期間を変更することによって吸入空気量が調節される。最大リフト量変更機構１００の構成については、図３及び図４を参照して後述する。一方、スロットルバルブ３１は吸気通路３０内のサージタンク３２より上流側に配設されており、機関低温時や最大リフト量変更機構１００の故障等により最大リフト量変更機構１００による吸入空気量の調節ができない場合に、その開度変更によって吸入空気量を調節する。スロットルバルブ３１の近傍には、その開度すなわちスロットル開度を検出するスロットルセンサ８１が設けられている。これら最大リフト量変更機構１００及びスロットルバルブ３１によって、吸入空気量が調節されることにより、燃焼室１４内に供給される混合気の量が調節されエンジン１０の出力が調節される。
【００２４】
電子制御装置９０には、ウォータジャケット１１ｂ内を循環する冷却水の温度を検出するようにシリンダブロック１１に設けられた水温センサ８２、前述のスロットルセンサ８１及び以下に説明する各種センサによって検出された信号が入力される。アクチュエータ７０に設けられた駆動量センサ８０は、アクチュエータ７０を構成する後述するロータ７３（図６）の回転量を検出し、電子制御装置９０はこの回転量に基づいて最大リフト量変更機構１００の変位量を演算する。クランクシャフト２５の近傍に設けられる回転角センサ８３は、クランクシャフト２５の所定回転角毎に回転信号を出力し、電子制御装置９０は、この信号に基づいてエンジン１０の回転速度の演算、燃焼行程にある気筒の判別等を行う。吸気通路３０のエアクリーナ下流側に設けられるエアフローメータ８４は、吸入空気量を検出する。エアクリーナとエアフローメータ８４との間に設けられている吸気温センサ８５は、燃焼室１４に取り込まれる空気の温度すなわち吸気温を検出する。排気通路４０内に設けられる酸素センサ８６は、排気中の酸素濃度を検出し、空燃比のリッチ、リーンを示す信号を電子制御装置９０に出力する。図示しないトランスミッションに設けられる車速センサ８７は、車速を検出する。
【００２５】
電子制御装置９０は、これら駆動量センサ８０、スロットルセンサ８１、水温センサ８２、回転角センサ８３、エアフローメータ８４、吸気温センサ８５、酸素センサ８６及び車速センサ８７による各検出信号を取り込み、制御プログラムや演算処理を実行し、点火プラグ２３、インジェクタ２４、スロットルバルブ３１及びアクチュエータ７０等、装置各部へ制御信号を出力する。また、この実施形態において電子制御装置９０は、アクチュエータ７０の駆動を制御することによって最大リフト量変更機構１００を制御する最大リフト量変更機構１００の制御装置としての機能を有している。
【００２６】
図２に、電子制御装置９０の電気的な構成を示す。図２に示されるように、電子制御装置９０は、中央演算処理装置（以下ＣＰＵとする）９１、所定の制御プログラム等が予め記憶された読み出し専用メモリ（以下ＲＯＭとする）９２、ＣＰＵ９１の演算結果等を一時記憶するランダムアクセスメモリ（以下ＲＡＭとする）９３、ランダムアクセスメモリであるととともにその記憶内容がバッテリバックアップされるバックアップＲＡＭ９４、記憶内容の保持にバッテリバックアップを必要としない不揮発性メモリ（以下ＥＥＰＲＯＭとする）９５等を備えている。そして、これら各部９１〜９５と外部入力回路９７及び外部出力回路９８等とがバス９９によって接続されてなる論理演算回路として構成されている。外部入力回路９７には、前述した駆動量センサ８０、スロットルセンサ８１、水温センサ８２、回転角センサ８３、エアフローメータ８４、吸気温センサ８５、酸素センサ８６及び車速センサ８７がそれぞれ接続されている。また、外部出力回路９８には、点火プラグ２３、インジェクタ２４、スロットルバルブ３１及びアクチュエータ７０がそれぞれ接続されている。
【００２７】
次に、図３及び図４を参照して、最大リフト量変更機構１００の構成を説明する。図３は、この最大リフト量変更機構１００の一部断面斜視図であり、その内部構造を示している。図３に示されるように、この最大リフト量変更機構１００は、支持パイプ１２０、コントロールシャフト１３０、入力アーム１４０、第１の出力アーム１５０、並びに第２の出力アーム１６０及びスライダ１７０により構成されている。支持パイプ１２０はエンジン１０のシリンダヘッド１２に支持されており、その内部にはコントロールシャフト１３０が挿入されている。また、支持パイプ１２０にはスライダ１７０が外嵌されている。各アーム１４０、１５０及び１６０は、両出力アーム１５０、１６０が入力アーム１４０を挟むように位置してスライダ１７０に外嵌されている。コントロールシャフト１３０は、その一端がアクチュエータ７０に連結されており、同アクチュエータ７０を通じてその軸方向（図３の矢印Ｆ又はＲ方向）に往復駆動される。
【００２８】
入力アーム１４０には、コントロールシャフト１３０の径方向に延びる一対のアーム１４１ａ、１４１ｂが形成されており、これらアーム１４１ａ、１４１ｂの間にはローラ１４２がピン１４７によって回転可能に支持されている。このローラ１４２は吸気カム２１ａのカム面に当接されている。また、各出力アーム１５０、１６０には、コントロールシャフト１３０の径方向に延びるノーズ１５１、１６１がそれぞれ形成されており、これらのノーズ１５１、１６１は各吸気バルブ１７に対応するロッカアーム１９のローラ１９ａに当接されている。ノーズ１５１、１６１の作用によってロッカアーム１９が押し下げられることにより、吸気バルブ１７は開弁される。
【００２９】
また、スライダ１７０の外周面にはそれぞれ歯すじの傾斜方向の異なる３つのヘリカルスプライン１７１、１７２ａ、１７２ｂが形成されている。これらヘリカルスプライン１７１、１７２ａ、１７２ｂのうち、コントロールシャフト１３０の軸方向において中央に形成されたヘリカルスプライン１７１は、図３に示される矢印Ｆの方向に向かって右回りの螺旋状に形成されている。また、同ヘリカルスプライン１７１の両側に形成されたヘリカルスプライン１７２ａ、１７２ｂはいずれも左回りの螺旋状に形成されている。そして、中央に位置するヘリカルスプライン１７１は、入力アーム１４０の内周面に形成されたヘリカルスプライン１４３に嵌合され、その両側に位置するヘリカルスプライン１７２ａ、１７２ｂは、各出力アーム１５０、１６０の内周面に形成されたヘリカルスプライン１５２、１６２にそれぞれ嵌合されている。
【００３０】
図４は、支持パイプ１２０、コントロールシャフト１３０及びスライダ１７０の構成を示す斜視図である。図４に示されるように、支持パイプ１２０には軸方向に延びる長孔１２１が形成されている。また、コントロールシャフト１３０には、嵌入穴１３２が形成されており、この嵌入穴１３２には係合ピン１３１が嵌入されている。この係合ピン１３１は支持パイプ１２０の長孔１２１から突出し、その先端はブッシュ１７５の挿入孔１７６に挿入されている。このブッシュ１７５は、スライダ１７０の内周面にその周方向に延びて形成された溝１７４に嵌め込まれている。
【００３１】
また、スライダ１７０には、この溝１７４とスライダ１７０の外周面を連通する挿入孔１７３が形成されている。組み付けの際には、この挿入孔１７３を通して係合ピン１３１をスライダ１７０の内部に挿入し、ブッシュ１７５の挿入孔１７６と支持パイプ１２０の長孔１２１とを通してコントロールシャフト１３０の嵌入穴１３２に嵌入する。嵌入された係合ピン１３１は、支持パイプ１２０及びブッシュ１７５と係合する。そして、ブッシュ１７５とスライダ１７０が溝１７４内で係合することとなり、スライダ１７０は、コントロールシャフト１３０の軸方向の変位と連動して移動可能であり、且つコントロールシャフト１３０を中心に揺動可能となる。
【００３２】
このように構成される最大リフト量変更機構１００において、吸気バルブ１７の最大リフト量及び開弁期間は、コントロールシャフト１３０の軸方向の変位に伴う入力アーム１４０と各出力アーム１５０、１６０との相対回転方向位相差の変更を通じて変更される。すなわち、コントロールシャフト１３０をその軸方向に移動させると、これに連動してスライダ１７０も軸方向に移動する。この際、入力アーム１４０はそのローラ１４２が吸気カム２１ａに常に当接しているため回転することはなく、従ってスライダ１７０が回転しながら軸方向に移動する。このため、例えば、図３に示される矢印Ｆの方向にコントロールシャフト１３０を変位させた場合、スライダ１７０の移動に伴って各出力アーム１５０、１６０のノーズ１５１、１６１が入力アーム１４０に対して相対的に矢印Ｌの方向に変位するようになる。一方、矢印Ｒの方向にコントロールシャフト１３０を変位させると、各出力アーム１５０、１６０のノーズ１５１、１６１は入力アーム１４０に対して相対的に矢印Ｓの方向に変位するようになる。そして、このように入力アーム１４０と各出力アーム１５０、１６０との相対回転方向位相差が変更されることによって、各出力アーム１５０、１６０のノーズ１５１、１６１のロッカアーム１９に対する作用量が変化し、吸気バルブ１７の最大リフト量及び開弁期間が変更される。具体的には、矢印Ｆの方向にコントロールシャフト１３０を変位させた場合には吸気バルブ１７の最大リフト量及び開弁期間は大きくなり、矢印Ｒの方向にコントロールシャフト１３０を変位させた場合には吸気バルブ１７の最大リフト量及び開弁期間は小さくなる。
【００３３】
図５は、エンジン１０をシリンダヘッド１２の上方側から見たときのシリンダヘッド１２内部の構成を示している。シリンダヘッド１２の下方には、４つのシリンダ１１ａと、それに対してそれぞれ２つずつの吸気バルブ１７と排気バルブ１８とが設けられており、図５ではこれらを点線で示している。
【００３４】
吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２はシリンダヘッド１２内に回転可能に支持されており、その一端（図５における左側端部）はシリンダヘッド１２外部へ突出し、そこにタイミングプーリ２６、２７がそれぞれ装着されている。吸気カムシャフト２１に接続されたタイミングプーリ２６及び、排気カムシャフト２２に接続されたタイミングプーリ２７は、タイミングベルト２８を介して、エンジン１０の運転によって回転駆動されるクランクシャフト２５と連結されている。そのため、エンジン１０の運転時にクランクシャフト２５の回転力が、タイミングベルト２８を介して吸気カムシャフト２１及び排気カムシャフト２２に伝達される。吸気カムシャフト２１の回転により、吸気カム２１ａの作用を受けて最大リフト量変更機構１００の入力アーム１４０が揺動するとともに、出力アーム１５０、１６０が揺動して吸気バルブ１７が開弁される。最大リフト量変更機構１００は、その出力アーム１５０、１６０がシリンダヘッド１２の軸受部１２ａの側壁にそれぞれ当接するとともに、その支持パイプ１２０及びコントロールシャフト１３０が、軸受部１２ａを貫通してシリンダヘッド１２に支持されている。支持パイプ１２０に挿入されたコントロールシャフト１３０は、その一端（図５における右側端部）が、シリンダヘッド１２に取り付けられたアクチュエータ７０と接続されている。
【００３５】
２つの軸受部１２ａによって各アーム１４０、１５０、１６０が挟まれる態様で支持された最大リフト量変更機構１００は、各アーム１４０、１５０、１６０のコントロールシャフト１３０を中心とする揺動については許容されるが、その軸方向の移動については規制される。そのためアクチュエータ７０を駆動することによってコントロールシャフト１３０を軸方向に移動すると、入力アーム１４０と出力アーム１５０、１６０の相対回転方向位相差が変更され、吸気バルブ１７の最大リフト量及び開弁期間を変更することができる。すなわち、アクチュエータ７０を駆動することによって吸入空気量を調節することができる。
【００３６】
前述のように、最大リフト量変更機構１００により吸気バルブ１７の最大リフト量及び開弁期間を変更することによって、吸入空気量を調節する場合には、スロットルバルブ３１を大きく開いた状態のまま吸入空気量を調量することができる。そのため、スロットルバルブ３１によって吸入空気量を調節する場合と比較してスロットルバルブ３１を絞ることに起因して発生するポンピングロスを低減させ、燃費の向上を図ることができるようになる。
【００３７】
次に、最大リフト量変更機構１００を駆動するアクチュエータ７０の断面図である図６を参照して、アクチュエータ７０の構成について説明する。アクチュエータ７０は、シリンダヘッド１２に取り付けられるハウジング７４内に、モータ７１及び遊星歯車機構７５を有して構成される。このモータ７１は、コイルを有するステータ７２と永久磁石を有するロータ７３とを備えたブラシレスモータとして構成され、ロータ７３は後述する遊星歯車機構７５の内歯歯車７８と連結されている。またハウジング７４内には図示しない駆動量センサ８０が取り付けられロータ７３の回転量を検出し、電子制御装置９０へ出力する。
【００３８】
遊星歯車機構７５は公知のものであって、外周に螺旋状のスプラインを設けた制御軸７６と、それとは逆回りのスプラインを、外周に設けた複数の遊星歯車７７と内周に設けた内歯歯車７８とを有して構成されている。そして、これらのスプラインは制御軸７６のスプラインと同制御軸７６に外嵌した内歯歯車７８のスプラインとの双方に遊星歯車７７のスプラインを噛合させることによって制御軸７６と内歯歯車７８との間で遊星歯車７７が制御軸７６を中心に公転しながら自転するように組み合わされている。
【００３９】
なお、このとき制御軸７６、遊星歯車７７、内歯歯車７８の各スプラインは同一ピッチの多条ねじであり、それぞれの有効ねじ径及び条数は、内歯歯車７８が回転駆動されても制御軸７６、遊星歯車７７、内歯歯車７８のいずれもスラスト変位しない有効ねじ径及び条数の関係に対し、制御軸７６の条数が１つ少ない条数に設定される。より具体的には、制御軸７６、遊星歯車７７、内歯歯車７８の有効ねじ径をそれぞれＤｓ、Ｄｐ、Ｄｎとし、条数をそれぞれＮｓ、Ｎｐ、Ｎｎとすると、上記スラスト変位しない有効ねじ径及び条数の関係とはＮｓ：Ｎｐ：Ｎｎ＝Ｄｓ：Ｄｐ：Ｄｎが成立する関係であり、このとき制御軸７６の条数Ｎｓは、この関係を満たす値に対し１つ少なく設定されている。
【００４０】
上記のように制御軸７６、遊星歯車７７、内歯歯車７８における各スプラインの有効ねじ径及び条数が設定された遊星歯車機構７５においては、内歯歯車７８のトルクを制御軸７６が軸方向に変位しようとする推力に変換する一方、制御軸７６に作用する軸方向の荷重によっては内歯歯車７８にトルクが発生しなくなる。
【００４１】
上記遊星歯車機構７５の内歯歯車７８は、アクチュエータ７０のハウジング７４に回動可能に支持され、制御軸７６にはコントロールシャフト１３０の一端が接続されている。
このように構成されたアクチュエータ７０においては、ステータ７２のコイルに通電することにより、上記のように構成された遊星歯車機構７５の内歯歯車７８がロータ７３とともに回転し、制御軸７６はその軸方向（図６の矢印Ｆ又はＲ方向）に変位する。制御軸７６は、コントロールシャフト１３０と接続されているため、最大リフト量変更機構１００においては、制御軸７６の軸方向の変位に伴ってコントロールシャフト１３０もその軸方向に変位する。
【００４２】
以下に、アクチュエータ７０の動作と吸気バルブ１７の最大リフト量及び開弁期間との関係を説明する。なお、以降では、コントロールシャフト１３０が図６の矢印Ｆ方向へ移動するときのロータ７３の回転方向を正転方向ＲＦとし、コントロールシャフト１３０が図６の矢印Ｒ方向へ移動するときのロータ７３の回転方向を反転方向ＲＲとする。
【００４３】
ステータ７２のコイルへの通電によりロータ７３が正転方向ＲＦへ回転するときには、コントロールシャフト１３０が図６の矢印Ｆ方向に変位するため、最大リフト量及び開弁期間はロータ７３の回転量に応じた分だけ大きくなる。
【００４４】
一方、ステータ７２のコイルへの通電によりロータ７３が反転方向ＲＲへ回転するときには、コントロールシャフト１３０が図６の矢印Ｒ方向に変位するため、最大リフト量及び開弁期間はロータ７３の回転量に応じた分だけ小さくなる。
【００４５】
以下、図７及び図８を参照して最大リフト量変更機構１００によって吸入空気量を調節し、エンジン１０の出力を制御する際の処理について説明する。
図７は、アクチュエータ７０を駆動しコントロールシャフト１３０を軸方向に変位させることによって最大リフト量変更機構１００を制御し、吸気バルブ１７の最大リフト量及び開弁期間を変更する際の処理手順を示すフローチャートである。この図７に示される一連の処理は、電子制御装置９０によって実行される。
【００４６】
電子制御装置９０では、まずステップＳ１００において、基準位置学習処理を実行する。この基準位置学習処理については図８を参照して後述する。ステップＳ１００の基準位置学習処理が終了するとステップＳ１０１に進み、ＣＰＵ９１は各センサ８０〜８７の出力信号に基づいて車両の運転状態を判断し最適な吸入空気量を演算するとともに、その吸入空気量に対応するコントロールシャフト１３０の目標位置Ｐｔｒｇを設定する。この目標位置Ｐｔｒｇは、吸入空気量に対応する演算用マップとしてあらかじめ電子制御装置９０のＲＯＭ９２に保存されており、ＣＰＵ９１はこのマップを参照し、目標位置Ｐｔｒｇを設定する。ステップＳ１０１において目標位置Ｐｔｒｇが設定されるとステップＳ１０２に進み、ステップＳ１０２では、電子制御装置９０が認識しているコントロールシャフト１３０の位置である仮想位置ＰｖｒｔとステップＳ１０１で設定した目標位置Ｐｔｒｇとを比較し、それらが異なっているか否かを判定する。
【００４７】
ここで、仮想位置Ｐｖｒｔについて具体的に説明する。最大リフト量変更機構１００の制御において、電子制御装置９０は、アクチュエータ７０を駆動し、コントロールシャフト１３０を変位させる度にアクチュエータ７０の駆動量Ｄを積算している。そして、その積算値に基づいてコントロールシャフト１３０の基準位置Ｐｓｔからの相対変位量Ｄｒｌｔを演算し、その値をＲＡＭ９３に記憶している。さらに、電子制御装置９０は、その相対変位量Ｄｒｌｔに基づいて吸気バルブ１７の最大リフト量及び開弁期間すなわち吸入空気量を認識し、それに基づいてＣＰＵ９１で燃料噴射量等を演算している。仮想位置Ｐｖｒｔとは、具体的にはこのようにアクチュエータ７０の駆動量Ｄに基づいて演算された、電子制御装置９０が認識しているコントロールシャフト１３０の位置のことである。
【００４８】
ステップＳ１０２において、仮想位置Ｐｖｒｔが目標位置Ｐｔｒｇと異なる旨判定された場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）には、ステップＳ１０３に進み、ＣＰＵ９１は、ＲＯＭ９２にあらかじめ保存されたマップを読み込み、仮想位置Ｐｖｒｔと目標位置Ｐｔｒｇとの差に基づいてアクチュエータ７０の目標駆動量Ｄｔｒｇを設定する。目標駆動量Ｄｔｒｇを設定するとステップＳ１０４に進み、電子制御装置９０は、モータ７１のコイルに通電することによって目標駆動量Ｄｔｒｇに向かってアクチュエータ７０を駆動する。アクチュエータ７０を駆動するとステップＳ１０５において、ＣＰＵ９１は駆動量センサ８０からの出力に基づいてアクチュエータ７０の駆動量Ｄを監視し、アクチュエータ７０の駆動量Ｄが目標駆動量Ｄｔｒｇと一致したか否かを判定する。ステップＳ１０５において、アクチュエータ７０の駆動量Ｄが目標駆動量Ｄｔｒｇと一致していない旨判定された場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）には、ステップ１０５を繰り返す。一方、ステップＳ１０５において、駆動量Ｄが目標駆動量Ｄｔｒｇと一致した旨判定された場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）には、ステップＳ１０６へと進み、アクチュエータ７０の駆動を中止する。すなわち、ステップＳ１０５において、駆動量Ｄが目標駆動量Ｄｔｒｇと一致した旨判定されるまで、アクチュエータ７０の駆動を継続する。ステップＳ１０７において、ＣＰＵ９１は、駆動量ＤとＲＡＭ９３に記憶されている相対変位量Ｄｒｌｔとに基づいて現在のコントロールシャフト１３０の相対変位量Ｄｒｌｔを演算し、その値を相対変位量Ｄｒｌｔとして更新し、ＲＡＭ９３に記憶させる。また、ステップＳ１０２において、仮想位置Ｐｖｒｔが目標位置Ｐｔｒｇと一致している旨判定された場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）には、電子制御装置９０は、ステップＳ１０３〜Ｓ１０７をスキップし、アクチュエータ７０の駆動を行わない。そして、ステップＳ１０８において、電子制御装置９０は、エンジン１０を停止する要求があるか否かを判定する。ここでエンジン１０の停止要求がある旨判定された場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）には、ステップＳ１０９に進み、現在の仮想位置Ｐｖｒｔを基準位置ＰｓｔとしてＥＥＰＲＯＭ９５に更新し、エンジン１０が停止して一連の処理を終了する。エンジン１０の停止要求がない旨判定された場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）にはステップＳ１００に戻り、上記の最大リフト量変更処理を繰り返す。
【００４９】
このように、電子制御装置９０は、アクチュエータ７０の駆動量Ｄを駆動量センサ８０により検出し、その駆動量Ｄに基づいてコントロールシャフト１３０の位置を仮想位置Ｐｖｒｔとして認識している。そして、その仮想位置Ｐｖｒｔを最適な吸入空気量に対応する目標位置Ｐｔｒｇに一致させるべく、アクチュエータ７０を制御している。
【００５０】
ところが、こうした制御に際して、機械的又は電気的な要因により仮想位置Ｐｖｒｔと実際のコントロールシャフト１３０の位置との間にずれが生じ、制御精度が低下することがある。
【００５１】
例えば、バッテリーの負荷が増大したときやノイズが発生したときには相対変位量Ｄｒｌｔを記憶しているＲＡＭ９３へ供給される電圧が低下することがある。その結果、記憶の保持に必要な電圧が瞬間的に確保できなくなり、それまで積算してきた相対変位量Ｄｒｌｔが消失してしまうことがある。相対変位量Ｄｒｌｔが消失してしまうと、電子制御装置９０は仮想位置Ｐｖｒｔが分からなくなる。その結果、電子制御装置９０が把握している仮想位置Ｐｖｒｔと、実際のコントロールシャフト１３０の位置との間にずれが生じてしまい、エンジン１０の空燃比制御が不安定になってしまう。
【００５２】
そこで図７で説明した最大リフト量変更処理において、ステップＳ１００で示したように基準位置学習処理を行い仮想位置Ｐｖｒｔと実際のコントロールシャフト１３０の位置とのずれを補正している。
【００５３】
以下では、基準位置学習処理について図８を参照して説明する。図８は、仮想位置Ｐｖｒｔと実際のコントロールシャフト１３０の位置とのずれを補正するための基準位置学習処理の手順を示すフローチャートである。
【００５４】
まず、ステップＳ２００において、フューエルカット中か否かを判定する。
基準位置学習に際しては、アクチュエータ７０を吸気バルブ１７の最大リフト量及び開弁期間が大きくなるＲＦ方向に最大限駆動し、可動限界位置まで変位したコントロールシャフト１３０の位置を基準位置Ｐｓｔとして学習することによって仮想位置Ｐｖｒｔと実際のコントロールシャフト１３０の位置とのずれを補正している。そのため基準位置学習中には吸気バルブ１７の最大リフト量及び開弁期間が最大となり、基準位置学習のタイミングによっては運転者の要求するエンジン出力と実際のエンジン出力とが大きく乖離する懸念がある。フューエルカット中であれば、最大リフト量及び開弁期間の変化によるエンジン出力への影響は無視できるため、ステップＳ２００においてＣＰＵ９１は、フューエルカット中か否かを判定することによって基準位置学習に適した状態であるか否かを判定している。ステップＳ２００において、フューエルカット中ではない旨判定された場合（ステップＳ２００：ＮＯ）には、電子制御装置９０は基準位置学習処理を終了し、図７に示した最大リフト量変更処理へ戻り、ステップＳ１０１へと進む。一方、ステップＳ２００において、フューエルカット中である旨判定された場合（ステップＳ２００：ＹＥＳ）には、ステップＳ２０１へ進み、アクチュエータ７０をＲＦ方向、すなわち吸気バルブ１７の最大リフト量及び開弁期間を大きくする方向に駆動する。次に、ステップＳ２０２において、電子制御装置９０は、モータ７１の駆動量センサ８０からの出力信号を監視し、モータ７１の回転が停止したか否かを判定する。ここでモータ７１が回転している旨判定された場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）には、電子制御装置９０はステップＳ２０２の処理を繰り返し、モータ７１の回転が停止した旨判定された場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）には、ステップＳ２０３へ進み、アクチュエータ７０の駆動を停止する。すなわち、最大リフト量変更機構１００が可動限界位置まで駆動され、アクチュエータ７０が変位しなくなるまでアクチュエータ７０の駆動が継続される。ステップＳ２０２の判定により最大リフト量変更機構１００が可動限界位置まで駆動されたことが判断されると、ステップＳ２０３において、アクチュエータ７０の駆動を停止し、ステップＳ２０４へと進む。ステップＳ２０４では、ＲＡＭ９３に記録されている相対変位量Ｄｒｌｔを０にリセットするとともに、ＥＥＰＲＯＭ９５に記憶されている基準位置Ｐｓｔを、予め設定されている可動限界位置を示す値にリセットすることによってコントロールシャフト１３０の停止した位置を基準位置Ｐｓｔとして再学習する。こうして基準位置が学習されると電子制御装置９０は基準位置学習処理を終了し、上記最大リフト量変更処理に戻り、ステップＳ１０１に進む。
【００５５】
このようにして基準位置学習処理を実行することによって、電子制御装置９０が認識している仮想位置Ｐｖｒｔと実際のコントロールシャフト１３０の位置とのずれを補正し、制御精度の低下を抑制することができる。
【００５６】
以上説明した上記実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）この実施形態によれば、アクチュエータ７０は、制御軸７６に作用する軸方向の荷重によって内歯歯車７８にトルクが発生しない遊星歯車機構７５を有して構成されているため、制御軸７６に軸方向の荷重が作用した場合でも、コントロールシャフト１３０の位置が変化することはない。
【００５７】
このため、上記実施形態のように基準位置学習処理の実行に際して最大リフト量変更機構１００が可動限界位置に到達した時にアクチュエータ７０の駆動力を０にしたとしてもコントロールシャフト１３０の位置を保持することができる。その結果、基準位置学習処理を実行する場合にあっても、最大リフト量変更機構１００及びそのアクチュエータ７０にかかる負荷を低減し、耐久性の低下を抑制することができる。
【００５８】
（２）同様に最大リフト量変更機構１００の位置を維持するためにアクチュエータ７０を駆動しつづける必要がないため、最大リフト量変更処理において駆動量Ｄが目標駆動量Ｄｔｒｇと一致した後はアクチュエータ７０の駆動を停止することができる。その結果、アクチュエータ７０の駆動による消費エネルギーを抑制することができる。
【００５９】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、モータ７１の回転が停止した旨判定された場合にはアクチュエータ７０の駆動を停止することとしていたが、アクチュエータ７０の駆動力を小さくするようにしてもよい。その場合、アクチュエータ７０の駆動力を小さくすればするほど最大リフト量変更機構１００及びアクチュエータ７０への負荷を小さくすることができる。
【００６０】
・また、上記のようにアクチュエータ７０の駆動力を小さくする場合には、基準位置学習に際して記録に時間を要するＥＥＰＲＯＭ９５をリセットするのではなく、ＥＥＰＲＡＭに比べ短時間で記録可能なＲＡＭを備え、そこに補正値を記憶させる構成とすることもできる。その場合、最大リフト量変更機構１００及びアクチュエータ７０に負荷がかかる時間を短くすることができるようになる。
【００６１】
・上記実施形態では、モータ７１の回転が停止した旨判定された場合にはすぐにアクチュエータ７０の駆動を停止することとしていたが、モータ７１の回転が停止した旨判定された後にアクチュエータ７０の駆動を停止すれば、必ずしも、上記判定後すぐにアクチュエータ７０を停止する必要はない。しかし、上記判定から駆動を停止するまでの時間が短いほど最大リフト量変更機構１００及びアクチュエータ７０に負荷がかかる時間が短くすることができる。
【００６２】
・基準位置学習処理において吸気バルブ１７の最大リフト量及び開弁期間が大きくなるＲＦ方向にアクチュエータ７０を駆動することとしたが、最大リフト量及び開弁期間が小さくなるＲＲ方向にアクチュエータ７０を駆動するようにしてもよい。
【００６３】
・上記実施形態では、フューエルカット中か否かを判定し、フューエルカット中である場合には基準位置学習を行うこととしていたが、電子制御装置への供給電圧の変化や空燃比制御の乱れ等を参照し、仮想位置Ｐｖｒｔと実際のコントロールシャフト１３０の位置との間にずれが生じていることが懸念され且つフューエルカット中である場合に、基準位置学習を行うようにしてもよい。
【００６４】
・上記実施形態では、フューエルカット中であるか否かを判定することによって、基準位置学習の実行に適した状態であるかを判断していたが、エンジン１０のその他運転状態に応じて基準位置学習に適した状態であるか否かを判定することもできる。
【００６５】
・基準位置学習処理中にスロットルバルブによる吸入空気量制御を行うようにすることもできる。その場合には、基準位置学習処理中であってもエンジンの出力を運転者の要求どおりに制御することができるため、上記運転状態によらずに基準位置学習を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】この実施形態における可変動弁機構が搭載されたエンジン並びに同エンジン及び可変動弁機構を制御する電子制御装置の概略図。
【図２】電子制御装置の構成を示すブロック図。
【図３】可変動弁機構の構造を示す一部断面斜視図。
【図４】可変動弁機構の支持パイプ、コントロールシャフト及びスライダの構成を示す斜視図。
【図５】エンジンのシリンダヘッド上部を示す平面図。
【図６】アクチュエータの構造を示す断面図。
【図７】最大リフト量変更処理の処理手順を示すフローチャート。
【図８】基準位置学習処理の処理手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００６７】
１０…エンジン、１１…シリンダブロック、１１ａ…シリンダ、１１ｂ…ウォータジャケット、１２…シリンダヘッド、１２ａ…軸受部、１３…ピストン、１４…燃焼室、１５…吸気ポート、１６…排気ポート、１７…吸気バルブ、１７ａ…ステムエンド、１８…排気バルブ、１８ａ…ステムエンド、１９…ロッカアーム、１９ａ…ローラ、２０…ロッカアーム、２０ａ…ローラ、２１…吸気カムシャフト、２１ａ…吸気カム、２２…排気カムシャフト、２２ａ…排気カム、２３…点火プラグ、２４…インジェクタ、２５…クランクシャフト、２６、２７…タイミングプーリ、２８…タイミングベルト、２９…コネクティングロッド、３０…吸気通路、３１…スロットルバルブ、３２…サージタンク、４０…排気通路、７０…アクチュエータ、７１…モータ、７２…ステータ、７３…ロータ、７４…ハウジング、７５…遊星歯車機構、７６…制御軸、７７…遊星歯車、７８…内歯歯車、８０…駆動量センサ、８１…スロットルセンサ、８２…水温センサ、８３…回転角センサ、８４…エアフローメータ、８５…吸気温センサ、８６…酸素センサ、８７…車速センサ、９０…電子制御装置、９１…中央演算処理装置（ＣＰＵ）、９２…読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、９３…ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、９４…バックアップＲＡＭ、不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、９７…外部入力回路、９８…外部出力回路、９９…バス、１００…最大リフト量変更機構、１２０…支持パイプ、１２１…長孔、１３０…コントロールシャフト、１３１…係合ピン、１３２…嵌入穴、１４０…入力アーム、１４１ａ、１４１ｂ…アーム、１４２…ローラ、１４３…ヘリカルスプライン、１４７…ピン、１５０…出力アーム、１５１…ノーズ、１５２…ヘリカルスプライン、１６０…出力アーム、１６１…ノーズ、１６２…ヘリカルスプライン、１７０…スライダ、１７１…ヘリカルスプライン、１７２ａ、１７２ｂ…ヘリカルスプライン、１７３…挿入孔、１７４…溝、１７５…ブッシュ、１７６…挿入孔。
【図１】
2007198186.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007198186.tif 000009
【図８】
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